非织造机织pet和纺粘pp的混杂复合材料的制作性能检测毕业设计论文.docx
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非织造机织pet和纺粘pp的混杂复合材料的制作性能检测毕业设计论文
毕业设计（论文）材料之二
（1）
安徽工程大学本科
毕业设计（论文）
专业：
非织造122
题目：
机织PET与纺粘PP混杂复合材料
的制备及性能测试
作者姓名：
张含
导师及职称：
王旭（副教授）
导师所在单位：
安徽工程大学
2016年6月14日
机织PET和纺粘PP混杂复合材料的制备及性能检测
摘要
目前，我国的复合材料的发展日新月异，对各种复合材料的研究也取得了很大的进步，但是对于纤维增强复合材料的研究还是处于弱项。
本论文就是在此背景下选择了有机纤维和热塑性聚合物复合的复合材料来进行研究。
此次设计更主要的则是通过其中的比较有代表性的机织PET与纺粘PP混杂复合材料的制备及对其性能的测试来完成此次研究。
相比于其他材料，本次实验所选用的一个机织材料，一个纺粘非织造材料，会更好地提升学生的专业知识。
本次实验主要是通过对于机织PET和纺粘PP的混杂复合材料中增强体机织PET和纺粘PP的质量分数的改变以及通过对固定比例的增强体机织PET和纺粘PP的不同铺层顺序来制备出试验样品，并用来进行性能检测，从而得到机织PET和纺粘PP的复合材料的最佳制备比例。
通过综合数据分析来检验复合材料相比单一材料是否存在优越性，是否能够达成一些单一材料所不拥有的性能。
层压时每组设立3个试样，对主要的工序进行优化，以确定最优的工艺参数。
层压选定的工艺条件：
温度是135℃，压强是3Mpa，层压时间是10min。
关键词：
复合材料；热塑性聚合物；有机纤维；性能测试
PETmixingwithspun-bondedPPwovencomposites
Preparationandperformancetest
Abstract
Atpresent,thedevelopmentofcompositematerialswitheachpassingday,thestudyofvariouscompositematerialsalsomadegreatprogress,butfortheresearchoffiberreinforcedcompositesorweaknesses.Isagainstthisbackgroundthispaperchosetheorganicfiberandthermoplasticpolymercompositematerialsforresearch.
ThisdesignmainlybythemorecomparedwithtypicalwovenPETspun-bondedPPhybridcompositematerialpreparationandtestingtocompletethestudyofitsperformance.Comparedtoothermaterials,awovenmaterialschosenfortheexperiment,aspun-bondednonwovenmaterials,canbetterimprovethestudents'professionalknowledge.
ThisexperimentmainlythroughforwovenPETandspun-bondedPPwovenwithhybridcompositesinthebodyofPETandthechangeofthemassfractionofspun-bondedPPandthroughtothefixedratioenhancedbodywovenPETandPPspun-bondeddifferentlayerinordertothepreparationofthetestsample,andusedforperformancetesting,andwovenPETandPPspun-bondedproportionofthebestpreparationofcompositematerials.
Throughthecomprehensivedataanalysistotestwhetherthereiscomparedtoasinglecompositematerialsuperiority,willbeabletoachievesomeperformanceofthesinglematerialdoesnothave.Laminatedovereachgroupsetsupthreesamples,optimizethemainworkingprocedure,todeterminetheoptimalprocessparameters.Laminatingtheselectedprocessconditions:
temperatureis135℃,pressureis3Mpa,laminatedtimeis10min.
Keywords；compositematerial，Thermoplasticpolymer；Organicfiber；Theperformancetest
附录C.....................................................................................................................................19
附录D......................................................................................................................................35
插图清单
表格清单
引言
到今天为止，复合材料发展迅速，然而，其中的大部分纤维增强有机复合材料还是以环氧树脂或聚酯树脂为基体的热固性复合材料，但是，经过长期的应用，科学家发现由于抗湿性和耐热性差，这些材料在高温、高湿态环境中力学性能会有明显的下降，根本无法满足高端应用所需求的极致条件。
但是科学家们发现高强度、高模量的纤维与热塑性树脂复合材料具有高韧性、高强度、耐腐蚀等优异性能，由于韧性好、损伤容限大、耐高温、介电常数良好，同时它们的储存期不受限制，易存储，成型方法简单易操作，最关键的事它具有良好的可循环性、可回收、可重复利用和不污染环境的特性适应了当今材料环保的发展方向。
本文主要就是在这个前提上进行了机织PET和纺粘PP的混杂复合材料的制备以及性能检测，通过对综合数据的分析来检验研究有机合成纤维与热塑性聚合物复合的复合材料的制备工艺、结构与性能。
第1章绪论
1.1机织PET和纺粘PP混杂复合材料的意义
聚丙烯是五大通用塑料之一，产量仅次于聚乙烯和PVC，是通用塑料中增长最快的一种。
聚丙烯具有密度小、耐热性高、优良的耐腐蚀性等突出特点，并且原料来源丰富、成型加工容易、无毒、无味、光泽度高。
然而，聚丙烯也有许多缺点，很大程度上限制了它的进一步推广应用。
为了扩大聚丙烯的应用范围，人们进行了大量聚丙烯物理和化学改性的研究。
通过化学方法如共聚、接枝、氯化或交联等方法改变聚丙烯的分子结构，或东华大学硕士学位论文PET纤维/聚丙烯复合材料的制备和性能研究是采用物理方法如共混、填充等改善聚丙烯的力学性能和热性能[9]。
机织PET/纺粘PP复合材料具有以下优点；PET纤维来源丰富，制造过程比一般纤维的污染少、能耗低，具有极好的可回收性，符合材料循环利用的环保价值观；PET纤维密度小，利于加工薄壁制件，加工能耗降低；PET纤维着色性能好，有利于降低复合材料的染色成本，且有利于制品外观质量的改善。
因为有机合成纤维与热塑性聚合物复合的复合材料密度小、制造成本低、具有良好的回收性能,研究有机合成纤维与热塑性聚合物复合的复合材料的制备工艺、结构与性能,具有重要的理论和实际意义,是扩大纤维与聚合物复合的复合材料应用范围的一个重要方向[10]。
1.2在国内外目前对此研究的现状
在进行实验前，我进行了相关方向的大量的文献阅读，在阅读中，了解到了目前国内外在PET和PP相关领域的发展现状，其中，有几篇文献的介绍对本次实验设计有很大的帮助。
其中，文献一主要研究了PE/PET双组分SMS非织造复合材料，在文中，作者就双组分SMS非织造合材料的生产工艺技术和设备、双组分SMS复合材料的界面粘合机理、双组分纺粘工艺对复合材料中PE用ET纤维性能的影响、双组分SMS热轧复合工艺与产品性能的关系以及双组分SMS复合材料的性能与应用进行了较全面系统地研究，该文献还对双组分SMS复合材料的界面粘合机理进行了分析，分析表明；该材料的界面粘合机理符合粘合理论中的吸附，扩散和机械结合理论，而双组分纺粘材料中的PE组分与熔喷材料中的PP组分结构相似，能进行聚合物大分子链段间的相互扩散和交织，是形成双组分SMS复合材料界面间有效粘合的主要因素[1]。
对于文献二，则是主要研究通过熔融共混法制备了PET纤维/聚丙烯复合材料，并且通过大量实验研究了纤维改性条件、纤维含量、纤维临界长度、以及聚丙烯熔融指数对复合材料性能的影响。
结果发现：
将PET纤维在70℃，10%的烧碱中处理6Omin，纤维强力损伤程度较小，纤维的比表面积增大，有效增加了纤维与基体聚丙烯的相容性和界面作用力[2]。
在文献三中，作者通过用熔融共混法制备了聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）/聚丙烯（PP）复合材料。
而且还对复合体系的形态结构、熔融及非等温结晶行为进行了研究。
结果表明；两相界面或PP相对PET结晶无明显的异相成核效应；当PP为连续相时，已结晶的极性PET粒子对PP的异相成核作用较为明显；而当PP为分散相时，固态的PET在一定程度上阻碍了PP分子链的运动，促使PP结晶均相成核趋势增加。
与纯PET或PP相比，共混体系中两组分结晶的完善程度都有所下降[3]。
在文献整理时，发现文献四文献五两篇论文综合起来很有借鉴意义。
文献四和文献五两篇文献的作者通过运用差示扫描量热法研究了聚丙烯（PP）/乙烯-丙烯酸共聚物（EAA）共混物的结晶行为及相容性，并考察了不同共混比下共混物的物理机械性能和动态力学性能[4]。
结果表明，不同共混比下PP/EAA共混物均出现2个明显的结晶熔融峰，说明两者不能相容，但两者可相互提高各自的结晶速率，且不会改变它们的晶型；随着EAA用量的增加，共混物的结晶度、拉伸强度、拉伸模量、弯曲模量、储能模量和损耗模量均逐渐降低，冲击强度先降低后升高，损耗因子增大，且明显高于纯PP，玻璃化转变温度向高温方向偏移[5]。
而文献六介绍了芳纶、碳纤维和超高相对分子质量聚乙烯等3种纤维的基本性能、国内外生产及应用情况，还介绍了聚酰胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚及聚酰亚胺等4种热塑性树脂的性能及在研发和生产方面与国外的差距，由此提出了加强研究机构与企业充分合作、国产材料应用及原材料质量控制的建议，并对今后热塑性复合材料的发展进行了展望[6]。
最为关键的是文献七表明玻璃纤维和PET纤维可以混杂增强PP，PET纤维在PP基体中因成型温度不同可以表现出两种分散状态；纤维状和颗粒状。
所制备的复合材料的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度随玻璃纤维含量的增加而提高，但是对于PET相以颗粒状态分散时，所制备的复合材料表现出更高的拉伸强度。
PET在基体中的分散状态影响着复合材料的热稳定性，以纤维状分散时，制备的复合材料表现出较高的热稳定性[7]。
文献八主要介绍了研究植物纤维/聚丙烯复合材料的意义，他们的意义在于这种材料具有人类亲和性，环保友好性和可持续性。
通过对这种材料的开发和应用，我们可以为丰富的植物纤维开辟一个崭新的应用领域，提高植物纤维的综合利用水平，降低因废弃资源处理不当造成的严重损害，对国家的环境整治工程具有十分明显的促进作用，同时，我们还可以减少聚丙烯的用量。
因此，开发这种复合材料不失为一条无污染处理农业废弃物，使它们能“变废为宝”的有效途径，并且还能降低原材料成本，节约能源。
可见，对这种材料的研究意义深远[8]。
1.3研究内容
本论文就是选择了有机纤维和热塑性聚合物复合的复合材料中的机织PET与纺粘PP混杂复合材料的制备，本论文通过确定了基体材料的质量分数的不变，通过改变复合材料的增强体机织PET和纺粘PP的质量分数，以及通过改变它们的不同铺叠方式来制备出试验样品，并通过性能检测来检验它们的性能，得到数据并进行分析。
本课题之主要目的在于寻求通过一系列不同比例或铺叠来制备出复合材料并且进行性能检测来找到最优组合，从而对以后更进一步的研究做出帮助。
本课题主要内容有：
（l）工艺条件的研究；
（2）实验材料以及实验的准备；
（3）试验样品的制备；
（4）对实验样品的性能检测；
（5）对试验样品性能检测得到的数据进行分析；
本课题的研究意义在于是扩大纤维与聚合物复合的复合材料应用范围的一个重要方向。
第2章原材料的基本性质及实验材料的制备过程
上一章主要对机织PET与纺粘PP的混杂复合材料及国内外发展的现状作了简单的介绍，本章则重点对试验用原材料及实验材料的纤细介绍，开始尝试实验室自制机织PET与纺粘PP的混杂复合材料，查阅并参考一般制浆的工艺方法并作出适当调整，同时对每一步实验结果进行分析，逐步探索通过调控不同比例的最优方案。
2.1原材料的基本性质
2.1.1机织PET的基本性质
PET，又叫聚对苯二甲酸乙二醇酯，化学式为COC6H4COOCH2CH2O。
（英文：
Polyethyleneterephthalate，简称PET），由对苯二甲酸二甲酯与乙二醇酯交换或以对苯二甲酸与乙二醇酯化先合成对苯二甲酸双羟乙酯，然后再进行缩聚反应制得。
属结晶型饱和聚酯，为乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物，表面平滑有光泽。
是生活中常见的一种树脂，可以分为APET、RPET和PETG。
在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120℃，电绝缘性优良，甚至在高温高频下，其电性能仍较好，但耐电晕性较差，抗蠕变性，耐疲劳性，耐摩擦性、尺寸稳定性都很好。
PET分为纤维级聚酯切片和非纤维级聚酯切片。
①纤维级聚酯用于制造机织PET短纤维和机织PET长丝，是供给机织PET纤维企业加工纤维及相关产品的原料。
机织PET作为化纤中产量最大的品种。
②非纤维级聚酯还有瓶类、薄膜等用途，广泛应用于包装业、电子电器、医疗卫生、建筑、汽车等领域，其中包装是聚酯最大的非纤应用市场，同时也是PET增长最快的领域。
机织PET是合纤织物中耐热性最好的面料，熔点在260℃，熨烫温度可在180℃。
具有热塑性，可制做百褶裙，褶裥持久。
同时，机织PET织物的抗熔性较差，遇着烟灰、火星等易形成孔洞。
因此，穿着时应尽量避免烟头、火花等的接触。
机织PET吸水性好、耐磨性好，耐磨性仅次于耐磨性最好的锦纶，比其他天然纤维和合成纤维都好。
耐光性好，耐光性仅次于腈纶。
耐腐蚀，可耐漂白剂、氧化剂、烃类、酮类、石油产品及无机酸。
耐稀碱，不怕霉，但热碱可使其分解，染色性较差。
机织PET的性能：
强度高。
短纤维强度为2.6～5.7cN/dtex，高强力纤维为5.6～8.0cN/dtex。
由于吸湿性较低，它的湿态强度与干态强度基本相同。
耐冲击强度比锦纶高4倍，比粘胶纤维高20倍。
弹性好，弹性接近羊毛，当伸长5%～6%时，几乎可以完全恢复。
耐皱性超过其他纤维，即织物不折皱，尺寸稳定性好。
弹性模数为22～141cN/dtex，比锦纶高2～3倍。
PET的缺点是结晶速率慢，成型加工困难，模塑温度高，生产周期长，冲击性能差。
一般通过增强、填充、共混等方法改进其加工性和物性，以玻璃纤维增强效果明显，提高树脂刚性、耐热性、耐药品性、电气性能和耐候性。
但仍需改进结晶速度慢的弊病，可以采取添加成核剂和结晶促进剂等手段。
加阻燃剂和防燃滴落剂可改进PET阻燃性和自熄性。
2.1.2纺粘PP的基本性质
共聚物型的PP材料有较低的热变形温度（100℃）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有更强的抗冲击强度，PP的冲击强度随着乙烯含量的增加而增大。
PP的维卡软化温度为150℃。
由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。
PP不存在环境应力开裂问题。
纺粘PP是用聚丙烯为原料，经过高温拉丝聚合成网，然后再用热轧法黏合成布的一种。
由于工艺流程简单，产量大，对人体无毒无害。
所以被广泛应用卫生材料，等各种领域。
聚丙烯是五大通用塑料之一，产量仅次于聚乙烯和PVC，是通用塑料中增长最快的一种。
聚丙烯具有密度小、耐热性高、优良的耐腐蚀性等突出特点，并且原料来源丰富，成型加工容易、无毒、无味、光泽度高[10]。
然而，聚丙烯也有许多缺点，很大程度上限制了它的进一步推广应用，聚丙烯表面成型收缩率大，在低于玻璃化温度时缺乏固有的韧性，耐低温冲击性差，较易老化，主要因为聚丙烯是一种典型的部分结晶材料，在常温及低应变速率，无定形区链段的可运动性使材料具有较高的韧性，而在低温或高应变速率下，由于吸收的冲击能量不能及时传递，材料缺口冲击强度较低。
与聚乙烯相比较，等规聚丙烯其独特的分子结构及螺旋状晶体导致分子链更易受光和热而氧化降解，主要是由于聚丙烯分子中由于叔碳上有不稳定氢的存在，容易在外界影响下发生反应，生成氢过氧化物，再分解为梭基或发生主链断裂。
2.1.3LDPE膜的基本性质
LDPE的特性是：
（1）LDPE是密度为0.91~0.925g/cm3的白色蜡状颗粒状固体，无味无嗅无毒；
（2）LDPE是典型的结晶型聚合物，结晶度为55%~65%，熔点为105~126℃；（3）LDPE是非极性材料，易带静电，表面能低，因而在印刷、复合前应进行电晕处理，以提高表面能，加工过程中，应注意防静电，避免静电积累影响制品质量或电火花放电，引起火灾；（4）LDPE透明性优良，热封性优良，可广泛用于透明低温冷冻包装制品的生产；（5）LDPE阻湿性优良，是制作干燥食品或需要良好防潮物品包装的优质原料。
但LDPE阻气性大，易透过各类气体；（6）LDPE虽有一定的耐油脂性，但其耐油脂性和耐有机溶剂性不如聚丙烯，因此，当厚度小时，不适宜长期放置汽油、酒精、油脂等。
使用LDPE时，最好厚度应超过50mm；（7）LDPE具有易燃性，燃烧时，火焰无烟无色，且有烧滴现象并有蜡烛气，是鉴别的一个特点。
2.2实验材料的制备过程
实验样品制备的工作原理：
在135℃温度条件下，LDPE薄膜被熔化，机织PET、纺粘PP不被熔化，在此过程中LDPE薄膜作为粘合剂，在固定的压力条件下，两种增强材料被融化的基体材料复合到一起，随着时间的变化，薄膜完全熔化，完全渗入两种增强体中通过一定的压力从而起到粘合作用。
2.2.1实验方案的设计
通过对课题的研究，对实验材料的整理计算，为了能够得出足够的实验数据，我进行了十组试验样品的制备。
通过对不同铺层顺序及改变不同式样的质量分数来改变铺层数量，其中质量比LDPE：
纺粘PP：
机织PET=1：
1：
5。
1，2，3是通过逐渐增加机织PET和纺粘PP来测试他们的力学性能；4，5，6是通过调整不同的铺层顺序来确定铺层的影响。
；7、8、9、10这四组LDPE的质量百分含量不变，通过使机织PET和纺粘PP的比例在变，制得成品测试参数。
其中，假定A是机织PET，B是纺粘PP，C是LDPE膜，则十组式样依次为
（1）A:
C:
B
（2）A:
C:
B:
C:
A
（3）A:
C:
B:
C:
B:
C:
A
（4）A:
C:
B:
C:
A:
C:
B:
C:
A
（5）A:
C:
B:
C:
B:
C:
A:
C:
A
（6）A:
C:
A:
C:
B:
C:
A:
C:
B
（7）B:
C:
C:
B
（8）A:
C:
C:
C:
B:
C:
C:
C:
A
（9）A:
C:
C:
C:
B:
C:
C:
B:
C:
C:
A
（10）A:
C:
C:
B:
C:
C:
B:
C:
C:
B:
C:
C:
A
2.2.2制备试验样品的原材料的剪裁
在本次的实验中主要用到的仪器是平板硫化机，对于实验材料式样的裁剪其标准尺寸是20cm×20cm。
通过根据实验方案计算并剪裁出所需要的原材料块数，剪裁后的图样如下图所示。
所用的工具是剪刀、钢尺、铅笔等。
图2-1机织PET图2-2纺粘PP
2.2.3制备试验样品的原材料的热压
（1）在本次实验中，先进行预实验，从而得到了最佳的热压温度是135℃，最佳的热压压力是3Mpa，最佳的热压时间是10min。
在实验中所使用的主要仪器如下图所示。
（2）实验准备
实验设备：
平板硫化机，由于该机可提供一定的温度和压力，故在本实验中充当热压设备。
图2-3平板硫化机
实验用材；裁剪后的原材料机织PET纺粘PP和LDPE膜。
样品前处理；将裁剪后的样品进行边缘裁剪，确保边缘整齐一致。
（3）热压过程
在实验开始前，首先要进行温度的设置，即调整温度到135℃，然后将三种原材料按所设计的方案铺在两块钢模板中，再将模板置于两层热板之间的间隙中，通过手动加压，使下层的层热板逐渐向上移动，当手感觉受到阻力时，开始缓慢加压，观察压力仪表盘，当达到3Mpa时停止加压（因为机器有误差，实验室时调整到3.5Mpa，从而保证在实验过程中一直维持在3Mpa左右），此时开始计时，10min后释放压力，取出所制得的试样，保持温度、压力、时间不变，重复以上步骤制得所需要的复合材料。
第3章实验数据的处理及分析
在进行预实验时，发现该样品不透气透湿，且硬度大，故只选择拉伸撕裂两个力学性能来检测。
在正式实验中，我们在试验样品制备出来后所做的性能测试包括：
样品的撕裂试验、样品的拉伸试验。
本章就是通过实验测得这两个重要的数据并进行分析。
3.1撕裂实验
3.1.1撕裂试样的制备
本次实验试样需要在实验中获得的样品进行裁剪，裁剪式样的尺寸是12×2cm，每个原始式样能够裁剪5份。
在试样宽边正中间开一长为6cm的小口，并在距离此端3cm处的地方正反两面划线，试样尺寸如图3-1所示。
1cm
3cm
3cm6cm
12cm
图3-1撕裂图样
3.1.2撕裂实验的原理、操作及数据处理
撕裂实验的原理：
本实验采用的是舌形撕裂法，其原理是当试样受到纵向的拉伸时，其横向纤维在受到拉伸时会发生撕裂。
图3-2撕裂拉伸机器
撕裂实验的操作：
首先将打开总开关；设定参数：
将初始长度设为6cm，试样宽度为2cm，向上或向下运动的速度设为50mm/min，功能区设定为舌形撕裂，实验次数为5次，测试LDPE薄膜时速度调为100mm/min。
将两夹钳的距离固定为6cm，将试样夹入拉伸试验仪的上下夹持器中，并使切割线与夹持器的中心线对齐，试样的未切割端处于自由状态。
注意保证每条舌片固定于夹持器中使撕裂开始时是平行于切口且在撕力所施的方向上。
不加预张力并避免松弛现象。
启动仪器，待试样撕破后记录三区均值。
每种试样重复实验三次。
数据处理：
每块材料有三个试样，取它们三区均值的平均值，原始数据见附录A中表3，处理后的数据如表3-3所示。
表3-1撕裂实验数据
个数
三区均值（N）
试样
1
2
3
机织PET
升级会员 